Trwałość żelbetowej konstrukcji – wykorzystanie elektrochemicznej metody polaryzacyjnej

Elektrochemiczna polaryzacyjna metoda impulsu galwanostatycznego

Idea metod elektrochemicznych wynika z elektrochemicznego charakteru procesu korozji zbrojenia. Pory w betonie wypełnione cieczą o odczynie zasadowym stanowią elektrolit, a stalowy pręt zbrojeniowy stanowi elektrodę umieszczoną w elektrolicie. Różnice stężenia jonów w elektrolicie oraz mikrodefekty w stali powodują powstanie na powierzchni pręta lokalnych obszarów anodowych i katodowych – mikroogniw inicjujących przepływ elektronów, a wypełniony cieczą beton jest nośnikiem jonów. Przy takich założeniach opracowano metody badawcze pozwalające na pomiary pewnych wielkości elektrycznych, których wartości wynikają z toczącego się procesu korozji i odzwierciedlają jego zaawansowanie [8, 11].

Jedną z takich metod jest seminieniszcząca metoda impulsu galwanostatycznego należąca do grupy metod polaryzacyjnych, w której wnioskowanie o zagrożeniu korozyjnym zbrojenia opiera się na pomiarach potencjału stacjonarnego zbrojenia, rezystywności otuliny betonowej i gęstości prądu korozyjnego [11-14].

Metoda ta pozwala na przeprowadzanie szybkich pomiarów w terenie, co może znaleźć zastosowanie w przypadku dużych obiektów halowych. W pierwszym etapie pomiarów można dość sprawnie i szybko zbadać wiele elementów lub dużych powierzchni w krótkim czasie, porównywalnym z typowym przeglądem, wykonując tzw. pomiary podstawowe (tj. potencjał stacjonarny zbrojenia i rezystywność otuliny betonowej). Na tej podstawie można wyselekcjonować miejsca, gdzie występuje zagrożenie korozyjne. W drugim etapie w wybranych miejscach można przeprowadzić tzw. pomiary zaawansowane (rozszerzone o pomiar gęstości prądu korozyjnego), które dają bardziej precyzyjne informacje, np. dotyczące tempa rozwoju korozji. Czas takich badań jest porównywalny do czasu poświęconego na badania organoleptyczne, lecz prawdopodobieństwo właściwej diagnozy i wczesnego wykrycia niepożądanych procesów jest znacznie wyższe.

Metodyka wykonywania pomiarów zestawem GalvaPulse^TM

Jednym z urządzeń bazujących na przedstawionej powyżej idei jest zestaw GP-5000 GalvaPulse^TM [13-14]. Urządzenie to może być bardzo przydatne w badaniach stanu technicznego obiektów wielkopowierzchniowych, ponieważ umożliwia prowadzenie zarówno pomiarów podstawowych, jak i zaawansowanych. W skład zestawu wchodzą: zasilane bateryjnie urządzenie sterująco-rejestrujące, srebrowo-chlorowa elektroda odniesienia, urządzenie kalibracyjne i elementy osprzętu oraz m.in. lokalizator zbrojenia i miernik przewodności elektrycznej (rys. 1).

Bezpośrednio przed pomiarami należy ustalić położenie zbrojenia w elemencie, sprawdzić jego ciągłość na badanym obszarze oraz dokonać odkrywki wybranych prętów na niewielkim odcinku w celu połączenia ich z urządzeniem pomiarowym. Na badanej powierzchni, po uprzednim jej oczyszczeniu i nawilżeniu, należy określić siatkę punktów pomiarowych, co pozwala na późniejsze generowanie map rozkładu wartości mierzonych parametrów. Sposób połączenia zestawu GP-5000 GalvaPulse^TM ze zbrojeniem w próbce badawczej przedstawiono na rys. 2. Uzyskane wyniki pomiarów analizuje się na podstawie wartości kryterialnych (tab. 1). Należy tu nadmienić, że przedstawione w tab. 1 kryteria są właściwe wyłącznie pomiarom wykonywanym przy użyciu zestawu GP-5000 GalvaPulse^TM [13].

Jak każda metoda tak i ta opisywana ma pewne ograniczenia. Wynikają one np. z kształtu i wymiarów pierścienia sondy pomiarowej. Należy zauważyć, że niemożliwe jest wykonywanie pomiarów na powierzchniach zakrzywionych (np. słupach o niewielkich przekrojach kołowych) lub elementach profilowanych drobno gabarytowych. Z doświadczeń autorów wynika też, że czasami pomiary poszczególnych parametrów są niespójne i niezgodne z widocznym stanem badanego elementu. Głównie dotyczy to pomiarów rezystywności otuliny betonowej na „młodych” elementach (do kilkunastu miesięcy) oraz pomiarów potencjału stacjonarnego zbrojenia. Z tego względu, o ile obszar podlegający badaniu nie jest zbyt rozległy, dobrze jest w takich przypadkach od początku wykonywać pomiary zaawansowane, ponieważ pomiary podstawowe mogą prowadzić do mylnych wniosków.

Software zainstalowany w urządzeniu umożliwia archiwizację wyników, ich podgląd oraz eksport plików wynikowych na komputer z zainstalowanym oprogramowaniem GalvaPulse^TM i ich analizę w odpowiednim programie. Zgromadzone wyniki można analizować w oparciu o dane stabelaryzowane lub przedstawione w postaci wykresów 2D albo 3D oraz generować i drukować raporty.

Podsumowanie i wnioski

Seminieniszczące elektrochemiczne metody badawcze można wykorzystać do oceny trwałości konstrukcji żelbetowych. Trzeba jednak pamiętać, że pomiary podstawowe, które obejmują swoim zakresem jedynie pomiary potencjału stacjonarnego zbrojenia i rezystywności otuliny betonowej, mają charakter przyczynkowy, a w celu uzyskania miarodajnych wyników należy wykonać w wyselekcjonowanych wstępnie obszarach pomiary zaawansowane. Na uzyskiwane wyniki mają wpływ zarówno warunki środowiska, jak i sposób wykonywania pomiarów. Opisane badania powinny być także uzupełnione o badania próbek materiału pobranego z otuliny (pomiary pH, składu mineralnego betonu czy ocena makrostruktury).

Piśmiennictwo

Angelika Koniecznaakonieczna

1. PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu. Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
2. PN-EN 1990-2004 Podstawy projektowania konstrukcji.
3. Ściślewski Z.: Ochrona konstrukcji żelbetowych. Warszawa 1999.
4. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (Dz.U. z 1994 r., nr 89, poz. 414, ze zmianami z 14.07.2018 r.).
5. PN-EN 206-1:2003 Beton. Cz. 1: Wymagania, właściwości, produkcja i zgodność.
6. Zybura A., Jaśniok M., Jaśniok T.: Diagnostyka konstrukcji żelbetowych. Badania korozji zbrojenia i właściwości ochronnych betonu. Warszawa 2011.
7. Czarnecki L., Woyciechowski P.: Concrete Carbonation as a Limited Process and its Relevance to Concrete Cover Thickness. „ACI Materials Journal”, nr 5-6/2012.
8. Zybura A., Jaśniok M., Jaśniok T.: Ocena trwałości i monitoring obiektów żelbetowych. 56. Konferencja Naukowa Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Kielce – Krynica, 9-24 września 2010 r., s. 399-414.
9. Drobiec Ł., Jasiński R., Piekarczyk A.: Diagnostyka konstrukcji żelbetowych. Metodologia, badania polowe, badania laboratoryjne betonu i stali. Warszawa 2010.
10. Hoła J., Schabowicz K.: Przegląd metod badawczych w zastosowaniu do diagnostyki i monitoringu obiektów budowlanych. XII Konferencja Naukowo-Techniczna „Warsztaty Pracy Rzeczoznawcy Budowlanego”, Kielce – Cedzyna, 16-18 maja 2012 r., s. 60-80.
11. Raczkiewicz W., Wójcicki A.: Wybrane aspekty prognozowania poziomu korozji stali zbrojeniowej w betonie metodą elektrochemiczną. „Przegląd Spawalnictwa”, nr 11/2017, s. 28-33.
12. Raczkiewicz W., Michałowska-Maziejuk D.: Badania korozji zbrojenia w elementach betonowych metodą impulsu galwanostatycznego. „Inżynieria i Budownictwo”, nr 3/2014, s. 129-132.
13. GalvaPulse. http://www.germann.org/TestSystems/GalvaPulse/GalvaPulse.pdf [dostęp: 20.12.2018 r.].
14. Raczkiewicz W.: Zestaw pomiarowy GP-5000 GalvaPulse^TM jako przykład aparatury wykorzystywanej do oceny procesu korozji zbrojenia w betonie. „Aparatura Badawcza i Dydaktyczna”, T. 19, Z. 1, s. 85-91, 2014.

> (otwiera się na nowej zakładce)”>Przeczytaj inne artykuły z zakresu budownictwa halowego >>

Galeria